Bài thuyết trình Vật lý ứng dụng: Các thông số Plasma cơ bản

Bài thuyết trình Vật lý ứng dụng: Các thông số Plasma cơ bản nêu lên tốc độ nhiệt - C, tần số cyclotron, bán kính larmor, tần số Plasma, tham số Plasma, các thời gian va chạm điện trở suất. Mời các bạn tham khảo bài thuyết trình để nắm bắt nội dung chi tiết.

CÁC THÔNG SỐ PLASMA CƠ BẢN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

BỘ MÔN VẬT LÝ ỨNG DỤNG

GVHD: PGS TS Lê Văn Hiếu

HVTH: Vũ Thu Hiền

CÁC THÔNG SỐ PLASMA CƠ BẢN

•Tốc độ nhiệt – C (thermal speed)

•Tần số cyclotron( cyclotron frequency)

•Bán kính larmor ( larmor radius)

•Tần số plasma (plasma frequency)

•Tham số plasma (plasma parameter)

•Các thời gian va chạm ( colision intrevals)

•Điện trở suất ( electric resistivity)

•Tốc độ nhiệt – C (thermal speed)

•Tần số cyclotron( cyclotron frequency)

•Bán kính larmor ( larmor radius)

•Tần số plasma (plasma frequency)

•Tham số plasma (plasma parameter)

•Các thời gian va chạm ( colision intrevals)

•Điện trở suất ( electric resistivity)

Tốc độ nhiệt( thermal speed)-C

Số lượng electron có vận tốc trong khoảng

v   v dv

Khi electron ở trạng thái cân bằng nhiệt Ở nhiệt độ thì tuân theo hàm phân

T f ve( )x

1/ 2

2

e x e











Thỏa mãn:

1/ 2

2

e x e











Thỏa mãn:

2

x

v

k T

v v f v dv





1 / 2

2 k TB C

m

Cyclotron frequency  c

Xét một hạt P có khối lượng m, tích điện Q, chuyển động với vận tốc w trong trường E

và B

Lực điện từ tác dụng lên hạt P là: Q ( E   w   B  )

Gia tốc của hạt P là dw Q ( E w B )

m

    

Vận tốc của hạt P có thể tách thành hai thành phần:w 

v  w  vận tốc lưu chất ( the fluid velocity)

c: vận tốc riêng ( peculiar velocity) c  0

v  w 

Q

m

Trong đó:

vận tốc lưu chất ( the fluid velocity) c: vận tốc riêng ( peculiar velocity) c  0

c

Q B

m

c

Q B w

m

 Tần số cyclotron

Bán kính larmor r L

Hình vẽ bên mô tả chuyển động của hạt P chuyển động quanh điểm

G với vận tốc c

khoảng cách giữa G và P là

c

c

w





  

Nếu ta thay c bằng tốc độ nhiệt

2 B /

C  k T m

/

a r Cw  

L

r gọi là bán kính Larmor

Tần số electron plasma  e

Xét trường hợp có một nhiễu loạn nhỏ xảy ra trong plasma đồng nhất và các

electron trong plasma di chuyển do sự nhiễu loạn

Một điện trường cảm ứng được tạo ra theo phương trình Gauss: 0   E  e n ( e  no)

Electron được gia tốc bởi điện trường

e

d v

d t  



 

Do electron dịch chuyển nên mât độ electron có sự thay đổi theo phương trình liên tục:

( ) 0

e

e

n

n v t







( ) 0

e

e

n

n v t







1/2

56.4( ) /

o

e e

n rad s

 

     

 

Đặt và giả sử: ta tìm được:ne  n0  n1 n1 n0

1

0 E en1 (1) ,m e v eE (2) , n n0 v 0 (3)

          



Lấy đạo hàm phương trình (3) rồi thay (2) và(1) vào ta được phương trình:

2 2

0 1

1 2

0

0

e

n e n

n

t  m



Đặt:

Khi hạt có bán kính a di chuyển qua khoảng cách trong thời gian thì xác suất va chạm với hạt hình cầu bán kính

b là:

nl   n v t  

Gọi là thời gian va chạm Khi xác suất va chạm bằng 1 thì

 Xét tương tác coulomb xảy ra giữa một electron tới và một ion tích điện Ze Khi elec tron tới rất gần ion ( cách ion khoảng cách b) thì thế tĩnh điện của ion lúc này bằng động năng của electron tới:

coll



1

coll n v

Thời gian va chạm  c o l l

 Xét tương tác coulomb xảy ra giữa một electron tới và một ion tích điện Ze Khi elec tron tới rất gần ion ( cách ion khoảng cách b) thì thế tĩnh điện của ion lúc này bằng động năng của electron tới:

0

e e

m v

Z e b

  

2

1



Thời gian tương tác

2

b

  

Tiết diện tương tác coulomb:

Plasma parameter

Số lượng electron chứa trong mặt cầu bán kính gọi là tham số plasma, được xác



3/ 2

3 0

2 3/ 2

1

B e

e D

e

k T n



Nếu gọi là classical plasma hay plasma liên kết yếu (weakly coupled plasma) vì khi đó năng lượng nhiệt của electron lớn hơn năng lượng coulomb của hai

electron

1

 

B e

k T

2

1/3

0

4

coulomb e

e

r





Nếu gọi là plasma liên kết mạnh (strongly couple plasma)  1

Nếu gọi là classical plasma hay plasma liên kết yếu (weakly coupled plasma) vì khi đó năng lượng nhiệt của electron lớn hơn năng lượng coulomb của hai

1/3

0

4

coulomb e

e

r





Nếu một hạt tích điện q, khối lượng m, chuyển động với vận tốc v va chạm với trường hạt có điện tích q*, khối lượng m* và vận tốc nhiệt 1/ 2

T B

v  k T  m

Thời gian va chạm giữa hai hạt được tính bằng công thức:

r

mm m







 là khối lượng rút gọn:

2 2

2 1/ 2 3/ 2 0

12 3 ( r / )( B )

q q n



2 4

1/ 2 3/ 2 0

ln 1

i

ei e B e

Z e n

m k T

 





Thời gian va chạm của electron với ion là:

i

m

4 4

2 1/ 2 3/ 2 0

ln 1

i

ii i B e

Z e n





Khi hai ion giống nhau tích điện Z, khối lượng va chạm với nhau thì thời gian

va cham:

4

2 1/ 2 3/ 2 0

ln 1

e

ee e B e

n e





Khi hai electron va chạm với nhau:

Điện trở suất 

Electron trong plasma được tăng tốc hoặc giảm tốc bởi sự va chạm với ion

để tiến đến trạng thái cân bằng, lúc đó e( e i)

ei

m v v

eE



Mật độ dòng

2 ( ) e ei

e e i

e

e n

j en v v E

m



3/2 5

2 e 5.2.10 ln B e

e ei





  

Đặt:

E

